一种用于合成有机亚胺的多孔碳化金属催化剂及其制备方法与流程

本发明涉及一种用于合成有机亚胺的多孔碳化金属催化剂的制备方法，采用金属钼源或钒源与离子型有机组份共混，然后高温碳化的方法制备多孔碳化金属催化剂，属于精细有机化工技术领域。

背景技术：

有机亚胺是一类重要的化工中间体，广泛应用于精细有机合成和有机化工过程。目前，合成有机亚胺最常用的方法是在贵金属催化条件下氧化偶联有机胺分子。为了克服传统贵金属作为催化剂带来的一系列分离提纯和高能耗等不足，近年来，人们将目光更多的投向了以过渡金属(如mo，v，ni，cu，co，mn，fe及ti等)为催化剂，过氧化氢(h2o2)或氧气(o2)为氧化剂的绿色合成有机亚胺的催化过程。

碳化金属由于其价格低廉，稳定性好，且具有良好的电子传导能力，被认为是最有希望的多相非贵金属催化剂。尽管碳化金属在电解水产氢，有机物脱氢等众多反应中已经显示出优异的催化性能，其在合成高附加值的精细化学品中的应用还相对较少，急需拓展碳化金属在精细有机合成领域中的应用。另一方面，碳化金属的催化活性很大程度上取决于其结构组成、形貌和晶体结构。构建具有纳米孔道结构的碳化金属催化剂有利于加速反应底物的传质和充分暴露活性位点，从而提高催化活性。然而，传统的制备方法难以获得分散均匀和晶格结构良好的碳化金属催化剂，因此，设计和开发一种简单有效的构建具有多孔结构的碳化金属催化剂的制备方法具有重要的工业应用价值。为了解决上述问题，本发明将离子型化合物与金属钼源或钒源共混，然后高温碳化制备多孔碳化金属催化剂，并将其应用于有机亚胺的合成反应，该法目前尚未见报道。

技术实现要素：

本发明是针对传统碳化金属制备方法存在的不足，提供一种工艺简单、操作简便的多孔碳化金属催化剂的制备方法，并将催化剂应用于有机亚胺的合成反应，取得了良好的催化效果。

本发明的技术方案：一种用于合成有机亚胺的多孔碳化金属催化剂的制备方法，其特征在于包括以下过程：

将含氮有机组份和酸性化合物按照摩尔比为3:1～1:3混合，形成离子型化合物，再加入20～50ml的乙醇溶剂和质量为总质量的20-50％金属源化合物，在80℃搅拌反应10h，旋转蒸发除去溶剂，得到的粘稠固体在管式炉中400～800℃氩气条件下焙烧2-6h，管式炉的升温速率为2-10℃/min，得到多孔碳化金属催化剂；

上述多孔碳化金属催化剂催化合成有机亚胺反应的应用，其特征在于：将有机胺和氧化剂按照摩尔比为1:1～1:3加入反应器中，再加入20～50ml的有机溶剂和质量为反应物总质量的3％～10％多孔碳化金属催化剂，在反应温度为30℃～90℃，搅拌反应2～12h，得到含有机亚胺产物的混合物。

上述多孔碳化金属催化剂的制备方法，其特征在于，含氮有机组份为4-氨基吡啶、4-氰基吡啶、三聚氰胺、n-氰基咪唑、四甲基胍、三乙胺中的一种，酸性化合物为乙酸、丁二酸、柠檬酸、硫酸、磷酸、硼酸中的一种，金属源化合物为偏钒酸铵、五氧化二钒、三氧化钼、三氧化钨中的一种。

上述的应用，其特征在于，有机胺为苯胺、苄胺、十二胺、正丁胺、4-甲氧基苄胺、糖基胺中的一种，氧化剂为双氧水和叔丁基过氧化氢中的一种，有机溶剂为乙腈、dmf、乙酸乙酯、甲苯、氯仿、dmso、1,4-二氧六环中的一种。

与现有技术相比，本发明的优点是：催化剂制备简单、成本低廉、所得碳化金属催化剂具有良好的晶体结构和多孔结构，用于合成亚胺反应，催化活性和选择性高、且催化剂可以简单过滤回收和重复使用。

附图说明

图1本发明制备的多孔碳化钼催化剂投射电镜图(tem)。

图2本发明制备的多孔碳化钼催化剂x-射线衍射图(xrd)。

具体实施方式

下面通过具体实施例来对本发明加以进一步说明，但不限制本发明。

【实施例1】

将4-氰基吡啶和硫酸按照摩尔比为1:1混合，形成离子型化合物，再加入50ml的乙醇溶剂和质量为总质量的30％五氧化二钒，在80℃搅拌反应10h，旋转蒸发除去溶剂，得到的粘稠固体在管式炉中800℃氩气条件下焙烧3h，管式炉的升温速率为5℃/min，得到多孔碳化钒催化剂；

【实施例2】

将三聚氰胺和柠檬酸按照摩尔比为1:1混合，形成离子型化合物，再加入50ml的乙醇溶剂和质量为总质量的30％三氧化钼，在80℃搅拌反应10h，旋转蒸发除去溶剂，得到的粘稠固体在管式炉中800℃氩气条件下焙烧3h，管式炉的升温速率为5℃/min，得到多孔碳化钼催化剂；

图1为多孔碳化钼催化剂的tem图。

图2为多孔碳化钼催化剂的xrd图。

【实施例3】

在50ml圆底烧瓶中，加入0.01mol苄胺，0.02mol双氧水和20ml二氯甲烷，再加入0.2g的多孔碳化钼催化剂，在反应温度为40℃，搅拌反应4h，经色谱分析，苄胺的转化率为95％，亚胺的选择性达98％。

【实施例4】

在50ml圆底烧瓶中，加入0.01mol糖基胺，0.02mol叔丁基过氧化氢和20ml的dmf，再加入0.2g的多孔碳化钒催化剂，在反应温度为40℃，搅拌反应10h，经色谱分析，糖基胺的转化率为93％，亚胺的选择性达85％。

【实施例5】

固体催化剂的反复使用性能。

在50ml圆底烧瓶中，加入0.01mol苄胺，0.02mol双氧水和20ml二氯甲烷，再加入0.2g的多孔碳化钼催化剂，在反应温度为40℃，搅拌反应4h，反应结束后，过滤出固体催化剂，60℃干燥2h，将该催化剂再循环使用，所得反应性能如表1所示。

表1多孔碳化钼催化剂催化合成亚胺反应的重复使用性能

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于合成有机亚胺的多孔碳化金属催化剂及其制备方法，将离子型化合物与金属钼源或钒源共混，然后高温碳化制得多孔碳化金属催化剂。该催化剂用于有机胺氧化偶联合成亚胺反应，获得了优异的催化活性和选择性，且催化剂可简单回收和重复使用。本发的优点在于，催化剂制备方法简便易于操作、成本低廉，更重要的是催化剂独特的多孔结构不仅可防止活性组份的团聚，还能有效加速反应底物的传质，从而赋予了催化剂较高的活性和重复使用稳定性能。

技术研发人员：冷炎;李月;王大伟;蒋平平
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：2017.07.07
技术公布日：2017.11.03